Parafin mumidagi suv emulsiyalari: ultratovush yordamida tejamkor sham ishlab chiqarish

Ultratovushli emulsifikatsiya parafin sarfini kamaytirish, tarkibni nazorat qilishni yaxshilash va ishlab chiqarish koʻlamini samarali oshirishni istagan sham ishlab chiqaruvchilar uchun kuchli ishlov berish texnologiyasidir. Eritilgan parafin mumiga 10% gacha suvni disperslash orqali sham ishlab chiqaruvchilar sanoat miqyosida sham ishlab chiqarishga mos bir jinsli mum fazasini saqlagan holda xomashyo xarajatlarini kamaytirishi mumkin. Hielscher zondli ultratovush qurilmalari mayda, bir tekis mumdagi suv emulsiyalarini hosil qilish uchun zarur boʻlgan yuqori intensivlikdagi kavitatsiyani taʼminlaydi – laboratoriya sinovlaridan uzluksiz ishlab chiqarish miqyosigacha.

Ultratovushli emulsifikatsiya yordamida parafin shamlar ishlab chiqarishni yaxshilang

Parafin mumi sham ishlab chiqarishda eng keng qoʻllaniladigan xomashyolardan biri boʻlib qolmoqda. Biroq mum narxlarining oʻzgarib turishi, foyda marjasiga bosimning ortishi va resurslardan samaraliroq foydalanadigan ishlab chiqarishga ehtiyoj jarayon ishonchliligiga putur yetkazmasdan parafin sarfini kamaytiradigan texnologiyalarga katta qiziqish uygʻotdi. Ultratovushli emulsifikatsiya suvni eritilgan parafin mumiga aralashtirib, barqaror mum emulsiyalarini hosil qilish imkonini beradi.
Yuqori quvvatli ultratovush yordamida mayda disperslangan suv tomchilarini mum fazasiga kiritib, barqaror parafindagi suv emulsiyasini hosil qilish mumkin. Parafin mumiga 10% gacha suv emulsiyalanganda, ishlab chiqaruvchilar har bir sham uchun zarur parafin miqdorini kamaytirib, materialni bevosita tejashi mumkin. Katta hajmda ishlab chiqaruvchilar uchun mum sarfining hatto kichik foizga kamayishi ham yillik xarajatlarni sezilarli darajada tejashga olib kelishi mumkin.

Nima uchun ultratovushli emulsifikatsiya parafin mumi uchun ideal

Suv va parafin mumi tabiatan oʻzaro aralashmaydi. Anʼanaviy aralashtirish usullari suvni eritilgan mumga mayda va bir tekis disperslashda koʻpincha qiyinchiliklarga duch keladi, ayniqsa tomchilar oʻlchamining bir xilligi, jarayonning takrorlanuvchanligi va sanoat miqyosidagi ishlov berish unumdorligi talab etilganda. Ultratovushli emulsifikatsiya bu muammoni akustik kavitatsiya orqali hal qiladi.
Ultratovush bilan ishlov berish davomida yuqori intensivlikdagi ultratovush suyuq muhitda mikroskopik kavitatsiya pufakchalarini hosil qiladi. Ularning yemirilishi mahalliy yuqori siljish kuchlari, turbulentlik va kuchli aralashtirish energiyasini yuzaga keltiradi. Hielscher ultratovushli emulsifikatorlarni oʻzaro aralashmaydigan suyuqliklarni juda mayda tomchilarga parchalash va ularni bir tekis taqsimlash uchun akustik kavitatsiyadan foydalanadigan qurilmalar sifatida tavsiflaydi.
Sham mumiga ishlov berishda bu suvni eritilgan parafinga koʻplab rotor-statorli aralashtirgichlar yoki past siljish kuchli aralashtirgichlarga qaraganda ancha samaraliroq disperslash mumkinligini anglatadi. Hosil boʻlgan emulsiya quyidagilarni taʼminlashi mumkin:

• Eritilgan mum fazasi ichida mayda suv tomchilarining taqsimlanishi
• Sham tarkibining barcha qismlarida bir jinslilikning yaxshilanishi
• Mum hajmining bir qismini suv bilan almashtirish orqali parafin sarfining kamayishi
• Boshqariladigan ultratovush parametrlari tufayli partiyalarning yuqoriroq takrorlanuvchanligi
• Uzluksiz sham ishlab chiqarish liniyalari uchun oqimda samarali ishlov berish

10% gacha suvni emulsiyalash orqali parafinni tejash

Iqtisodiy sabab oddiy: parafin mumi qimmat asosiy material, suv esa arzon va oson topiladi. Ultratovush yordamida mum matritsasiga 10% gacha suv kiritish orqali sham ishlab chiqaruvchilar har bir mahsulot birligiga toʻgʻri keladigan parafin sarfini kamaytirishi mumkin.
Masalan, 1 000 kg sham mumi tarkibidan foydalaniladigan ishlab chiqarish holatida parafin fazasining 10% qismini emulsiyalangan suv bilan almashtirish tarkib loyihasi va yakuniy mahsulotning texnik talablariga qarab parafinga boʻlgan ehtiyojni 100 kg gacha kamaytirishi mumkin. Sanoat miqyosida bu xomashyo xaridi, saqlash va logistika xarajatlarini sezilarli darajada tejashni anglatishi mumkin.
Asosiy masala shunchaki suv qoʻshish emas, balki uni toʻgʻri emulsiyalashdir. Yaxshi disperslanmagan suv ajralib chiqishi, nuqsonlar keltirib chiqarishi yoki ishlov berishga putur yetkazishi mumkin. Ultratovushli emulsifikatsiya eritilgan mum fazasiga barqaror kiritish uchun zarur boʻlgan mayda tomchilar tuzilmasini hosil qiladi. Hielscher zondli ultratovush qurilmalarini ultratovushli oqim hujayralari bilan birgalikda qoʻllashni parafin mumini emulsiyalash uchun samarali yondashuv sifatida alohida taʼkidlaydi; bu samaradorlik, bir tekislik, koʻlamni oshirish imkoniyati va sifatning bir xilligini yaxshilaydi.

Ultratovush bilan ishlov berish parafin mumi tomchilarini uzoq muddatli barqarorlikni taʼminlagan holda 160nm gacha kichraytiradi

Jadhav et al. (2015) ilmiy tadqiqoti ultratovush yordamidagi emulsifikatsiya anʼanaviy emulsiya inversiyasi usullariga xos beqarorlikni bartaraf etib, barqaror suvdagi parafin mumi nanoemulsiyalarini ishlab chiqarishning samarali yoʻli ekanini koʻrsatadi. Suvning parafinga nisbati 80:20 boʻlgan emulsiya tayyorlashda ular jarayonning asosiy oʻzgaruvchilarini – sirt-faol modda konsentratsiyasi, qoʻllanilgan ultratovush quvvati va ultratovush bilan ishlov berish vaqtini optimallashtirgan. Optimallashtirilgan jarayon sharoitlarida tadqiqotchilar 10 mg/mL SDS, 0,61 W/mL ga mos keladigan 40% qoʻllanilgan quvvat va 15 daqiqalik ultratovush bilan ishlov berish yordamida taxminan 160,9 nm oʻlchamli parafin mumi tomchilariga erishgan. Ish akustik kavitatsiya eritilgan parafinni fizik yoʻl bilan nanooʻlchamdagi tomchilarga parchalashini, SDS esa yangi hosil boʻlgan fazalararo chegarani tezda barqarorlashtirishini koʻrsatadi; DSC va FTIR ultratovush bilan ishlov berish davomida parafin mumi kimyoviy jihatdan oʻzgarmaganini tasdiqlagan. Hosil boʻlgan tomchilar qattiq, sharsimon, SDS adsorbsiyasi tufayli manfiy zaryadlangan va uch oydan ortiq barqaror boʻlgan, emulsiya inversiya nuqtasi usulida tayyorlangan emulsiyalar esa 30 daqiqa ichida qaymoqlanishga uchragan yoki fazalarga ajralgan. Umuman olganda, erishilgan yutuq ultratovush bilan ishlov berish orqali tomchilar oʻlchami nazorat qilinadigan, kuchli fizik barqarorlikka ega va mum asosidagi tarkiblar koʻlamini oshirish uchun aniq salohiyatli mayda, barqaror, past energiyali parafin mumi nanoemulsiyalarini ishlab chiqarish mumkinligini isbotlashdan iborat.
 

Ultratovush yordamida tayyorlangan parafin mumi emulsiyasining (a) 5000 , (b) 20 000 dagi SEM tasvirlari
Tadqiqot va tasvir: ©Jadhav et al. (2015)

Mumdagi suv emulsiyalari uchun Hielscher ultratovush qurilmalari

Hielscher Ultrasonics suyuqliklarga laboratoriya, tajriba va sanoat miqyosida ishlov berish uchun zondli ultratovush qurilmalarini ishlab chiqaradi. Uning ultratovush tizimlari emulsifikatsiya, gomogenizatsiya, disperslash, zarrachalar oʻlchamini kichraytirish, ekstraksiya va kimyoviy ishlov berish kabi vazifalarda qoʻllaniladi.
Sham ishlab chiqarishda asosiy afzallik jarayonni boshqarishdir. Hielscher ultratovush qurilmalari operatorlarga ultratovush bilan ishlov berishning asosiy parametrlarini, jumladan amplituda, kiritiladigan energiya, harorat, bosim, hajmiy oqim tezligi va muhitda qolish vaqtini belgilash va takrorlash imkonini beradi. Bu eritilgan parafin mumi uchun ayniqsa muhim, chunki qovushqoqlik va harorat emulsifikatsiya sifatiga kuchli taʼsir koʻrsatadi.

Ultratovush yordamida ishlab chiqarilgan nanoemulsiya

Odatdagi joriy etish variantlari quyidagilarni oʻz ichiga oladi:

1. Tarkibni ishlab chiqish, kichik ishlab chiqarish partiyalari yoki maxsus shamlar uchun partiyali ultratovush bilan ishlov berish
2. Mumga uzluksiz ishlov berish uchun oqim hujayralari yordamida oqimda ultratovush bilan ishlov berish
3. Kavitatsiya intensivligini oshirish va boshqariladigan ishlov berish uchun bosim ostida ishlatilishi mumkin boʻlgan reaktorlar
4. Mavjud sanoat sham ishlab chiqarish liniyalariga integratsiya qilish uchun tayanch ramaga oʻrnatilgan tizimlar

Hielscher sanoat mahsulotlari qatoriga UIP4000hdT kabi yuqori quvvatli ultratovush protsessorlari kiradi; u suyuqliklarga sanoat miqyosida ishlov berishning gomogenizatsiya, emulsifikatsiya, disperslash va zarrachalarni mayin maydalash kabi murakkab vazifalari uchun 4 kW gacha ultratovush quvvatini taʼminlaydi. Kattaroq ishlab chiqarish quvvatlari uchun Hielscher UIP16000 kabi tizimlarni taklif etadi; bu katta hajmda oqimda ishlov berish va ishlab chiqarish muhitiga integratsiya qilish uchun moʻljallangan 16 kW quvvatli sanoat ultratovush protsessoridir.
Bir nechta ultratovush qurilmasini parallel klasterga birlashtirish zaxiralashni hamda talab ortishi va biznes kengayishi bilan koʻlamni bosqichma-bosqich oshirishni taʼminlaydi.

Sham ishlab chiqaruvchilar uchun sanoatdagi ahamiyati

Sham sanoati, ayniqsa ommaviy bozor uchun choy shamlari, ustunsimon shamlar, nazr shamlari, idishdagi shamlar va bezak shamlarini ishlab chiqarishda xarajatlar boʻyicha kuchli bosim ostida ishlaydi. Parafin mumi narxining oʻzgaruvchanligi rentabellikka bevosita taʼsir qiladi. Mumdagi suvni ultratovush yordamida emulsiyalash ishlab chiqaruvchilarga koʻlami oshiriladigan va boshqariladigan ishlab chiqarish jarayonini saqlagan holda mum sarfini kamaytirishning amaliy yoʻlini beradi.

Ishlab chiqaruvchilarga quyidagilar zarur boʻlganda uning sanoatdagi ahamiyati ayniqsa yuqori boʻladi:

• Mum sifati bir xil boʻlgan katta hajmli ishlab chiqarish
• Har bir sham uchun parafin sarfining kamayishi
• Faqat partiyali aralashtirish oʻrniga oqimda uzluksiz ishlov berish
• Jarayonni tadqiqot va ishlanmalardan ishlab chiqarishga ishonchli koʻchirish
• Emulsiya sifatini aniq nazorat qilish
• Mavjud eritish, dozalash va quyish liniyalariga integratsiya qilish

Bu texnologiya xarajatlari optimallashtirilgan yangi sham tarkiblarini ishlab chiqayotgan ishlab chiqaruvchilar uchun ham jozibador. Suv miqdori, emulsifikator tizimi, mum harorati va kiritiladigan ultratovush energiyasini sozlash orqali ishlab chiqaruvchilar tarkibni oʻzlari istagan sham geometriyasi, yonish xususiyatlari, sirt koʻrinishi va ishlab chiqarish usuliga moslashtirishi mumkin.
Sham tarkibidagi har qanday oʻzgarishda boʻlgani kabi, ishlab chiqaruvchilar oʻz ishlab chiqarish sharoitlarida yonish koʻrsatkichlari, tashqi koʻrinish, barqarorlik, xavfsizlik, xushboʻy moddalar bilan moslik va saqlashdagi xususiyatlarni tekshirib tasdiqlashi lozim. Biroq ultratovushli emulsifikatsiya bunday tarkibni ishlab chiqishni sanoat miqyosida texnik jihatdan amalga oshirish mumkin boʻlishi uchun zarur ishlov berish intensivligi va takrorlanuvchanlikni taʼminlaydi.

Mum emulsiyalarida raqobat ustunligi sifatida ultratovush bilan ishlov berish

Sham ishlab chiqaruvchilar uchun ultratovushli emulsifikatsiya aralashtirish usulidan ham kengroq imkoniyatga ega. Bu xomashyo xarajatlarini kamaytirishi, tarkibni moslashtirish imkoniyatlarini yaxshilashi va ishlab chiqarish koʻlamini oshirishga yordam berishi mumkin boʻlgan jarayonni jadallashtirish texnologiyasidir.
Hielscher ultratovush qurilmalari aynan suyuqliklarga ishlov berishning shu turdagi murakkab vazifalari uchun ishlab chiqilgan. Eritilgan parafin bilan laboratoriya sinovlaridan tortib sanoat ishlab chiqarishida oqimda uzluksiz emulsifikatsiyagacha Hielscher ultratovush tizimlari sham mumi uchun parafindagi suv emulsiyalarini tayyorlashga zarur quvvat, boshqaruv va koʻlamni oshirish imkoniyatini taʼminlaydi.
Ultratovushli kavitatsiya yordamida parafin mumiga 10% gacha suv kiritish orqali sham ishlab chiqaruvchilar boshqariladigan, bir jinsli mum tarkibini saqlagan holda qimmat parafinga qaramlikni kamaytirishi mumkin. Sanoat miqyosida sham ishlab chiqarishda bu aniq iqtisodiy va amaliy ustunlik yaratadi: material xarajatlarining pasayishi, takrorlanuvchan sifat va laboratoriya miqyosidagi tarkibdan toʻliq miqyosli ishlab chiqarishga bevosita oʻtish yoʻli.

 
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:

Ultratovushli mum emulsiyalari: laboratoriyadan sanoat ishlab chiqarishigacha koʻlamni chiziqli oshirish

Hielscher ultratovush texnologiyasining asosiy afzalliklaridan biri koʻlamni chiziqli oshirishdir. Sham ishlab chiqaruvchilar kichik miqyosdagi amalga oshirish imkoniyatini tekshirish sinovlaridan boshlashi, parafindagi suv tarkibini optimallashtirishi va keyin jarayon parametrlarini kattaroq tizimlarga koʻchirishi mumkin.
Koʻlamni oshirish katta qayta loyihalash va natijasi noaniq sozlashlarni talab qilishi mumkin boʻlgan koʻplab anʼanaviy aralashtirish texnologiyalaridan farqli ravishda, ultratovushli jarayon koʻlamini oshirish takrorlanuvchan jarayon parametrlariga asoslanadi. Zarur solishtirma energiya kiritilishi, amplituda, harorat, bosim va muhitda qolish vaqti (oqim tezligi) maʼlum boʻlgach, ultratovush quvvati va ishlov berish unumdorligini oshirish yoki bir nechta ultratovush qurilmasini parallel ishlatish orqali jarayon koʻlamini oshirish mumkin.
Bu yondashuv sham ishlab chiqaruvchilar uchun ayniqsa qimmatli, chunki u ishlab chiqish xavfini kamaytiradi. Laboratoriya yoki stol usti ultratovush qurilmasida ishlab chiqilgan tarkibni tajriba uskunasida tekshirib tasdiqlash va keyin toʻliq sanoat ishlab chiqarishiga koʻchirish mumkin. Hielscher stol usti gomogenizatorlaridan qoʻllanish boʻyicha tadqiqotlar, koʻlamni oshirish ishlari, tajriba tadqiqotlari, jarayonni optimallashtirish va kichikroq partiyalarga ishlov berishda foydalanish mumkinligini, katta hajmda oqimda yoki partiyali ishlov berish uchun esa 4 dan 16 kW gacha yuqori quvvatli ultratovush zondlari mavjudligini taʼkidlaydi.
Yirik ishlab chiqarish korxonalarida bir nechta ultratovush protsessorini klasterga birlashtirish har bir reaktorda bir xil kavitatsiya sharoitlarini saqlagan holda juda yuqori ishlov berish unumdorligini taʼminlaydi. Bu modulli konsepsiya mahsulotning bir xilligiga putur yetkazmasdan ishlab chiqarish quvvatini ishonchli kengaytirishga yordam beradi.

Loyihalash, ishlab chiqarish va maslahat – Germaniyada yaratilgan sifat

Hielscher ultratovush qurilmalari oʻzining eng yuqori sifat va loyihalash standartlari bilan mashhur. Mustahkamlik va oson foydalanish ultratovush qurilmalarimizni sanoat obyektlariga muammosiz integratsiya qilish imkonini beradi. Hielscher ultratovush qurilmalari ogʻir sharoitlar va murakkab muhitlarda oson ishlaydi.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatiga ega kompaniya boʻlib, eng zamonaviy texnologiya va foydalanish qulayligiga ega yuqori unumdor ultratovush qurilmalariga alohida eʼtibor qaratadi. Albatta, Hielscher ultratovush qurilmalari CE talablariga muvofiq boʻlib, UL, CSA va RoHs talablariga javob beradi.

Adabiyotlar / Manbalar

• A.J. Jadhav, C.R. Holkar, S.E. Karekar, D.V. Pinjari, A.B. Pandit (2015): Ultrasound assisted manufacturing of paraffin wax nanoemulsions: Process optimization. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 23, 2015. 201-207.
• Alina Lozhechnikova, Hervé Bellanger, Benjamin Michen, Ingo Burgert, Monika Osterberg (2016): Surfactant-free carnauba wax dispersion and its use for layer-by-layer assembled protective surface coatings on wood. Applied Surface Science 2016.
• Noonim, P.; Rajasekaran, B.; Venkatachalam, K. (2022): Structural Characterization and Peroxidation Stability of Palm Oil-Based Oleogel Made with Different Concentrations of Carnauba Wax and Processed with Ultrasonication. Gels 2022, 8, 763.